У паровій турбіні енергія тиску пара перетворюється на її лопатках в кінетичну енергію, яка приводить в обертання ротор турбіни і пов'язаний з нею генератор, компресор і інші агрегати. Турбіни, як правило, виготовляють багатоступінчатими, в яких пар проходить через кілька ступенів розташованих один за одним.
У напрямку потоку розрізняють осьові турбіни, в яких потік пари спрямований уздовж осі ротора, і радіальні - в яких потік пари спрямований від центру до периферії ротора.
За характером процесу, що здійснюється робочим тілом, турбіни діляться на активні і реактивні.
В активній турбіні пар розширюється тільки в спрямовуючий апараті. Вращающая сила утворюється тільки в результаті повороту потоку пара на лопатках.
У реактивної турбіни розширення робочого тіла відбувається як в спрямовуючий апараті, так і в робочому. Вращающая сила виникає в результаті збільшення швидкості робочого тіла при розширенні на лопатках.
Найпростіша схема паросилова установки представлена на рис. 1.27
Пара з парового котла 1 надходить в пароперегрівач 2, звідки він направляється в турбіну 3. У турбіні газ розширюється з вчиненням роботи і далі надходить в конденсатор 4, де конденсується за допомогою охолоджуючої води. Утворився конденсат живильним насосом 5 подається в котел і цикл повторюється.
В паросилових установках реалізується кругової цикл запропонований Ренкіна.
Розглянемо теоретичний цикл Ренкіна на pv діаграмі.
4-5: ізобарний нагрів води в котлі до;
5-6: випаровування води при P1 = const;
6-1: перегрів пара до Т1 при P1 = const і;
1-2: адіабатне розширення пари в турбіні;
2-3: ізобарний відведення тепла при;
3-4: підвищення тиску годує насосом.
Вода в паровому котлі 1 при постійному тиску Р1 нагрівається до Ткип - лінія 4-5. Потім відбувається випаровування при постійному тиску Р1. по лінії 5-6. По лінії 6-1 здійснюється перегрів пара. У турбіні пар адіабатно розширюється по лінії 1-2, після чого надходить в конденсатор 4, де при Р2 = const конденсується відведенням тепла за допомогою охолоджуючої води лінії 2-3. Лінія 3-4 підвищення тиску в живильному насосі.
Цей же цикл зображений на TS діаграмі.
3-4: нагрів води в паровому котлі до Ткип;
4-5: пароутворення при;
т.5: сухий насичений пар;
5-1: перегрів пара;
1-2: адіабатне розширення пари в турбіні;
2-3: конденсація пара при.
ентальпія перегрітої пари в т.1; i1
ентальпія води, що надходить в котел; i2
Для отримання 1 кг пара в казані витрачається кількість теплоти
ентальпія відпрацьованого пара i2
Кількість тепла відведеного від 1 кг пара в конденсаторі одно: (1.115)
Відповідно кількість тепла, витраченого становить:
Термічний ККД Ренкина - є відношення корисно використаного тепла до всього витраченому, тобто:
де і - початкове і кінцеве значення ентальпії пари в адіабатні процесі розширення його в турбіні;
- ентальпія киплячої рідини або тиск Р2.
Для перегрітої пари початкова точка 1 знаходиться на перетині ізобари Р1 і ізотерми t1 (початковий стан в турбіні). Проектуючи точку 1 на вісь ординат знаходимо ентальпію пара i1. a провівши з неї АДІАБАТА розширення, пряму паралельну осі ординат до ізобари, що відповідає тиску Р2 отримаємо точку 2. З цієї точки знаходимо ентальпію відпрацьованої пари i2.
Тоді отримана робота циклу
Докладне дослідження циклу Ренкіна при зміні параметрів шуканого стан робочого тіла призводить до висновку, що цього циклу підвищується зі збільшенням початкового тиску Р1 і початкової температурі T1 і зменшенням тиску Р2 в конденсаторі.
Питома витрата пара при здійсненні ідеального циклу Ренкіна визначається:
Питома витрата тепла:
Розглянуті нами формули визначають і питома витрата пара і тепла в ідеальному циклі паросилова установки.
Дійсний цикл супроводжується неминучими втратами, в слідстві чого питома витрата пара і тепла збільшується. Так в паровій турбіні процес розширення пара супроводжується втратами, пов'язаними головним чином з тертям. Робота тертя перетворюється в тепло, що підвищує ентальпію пара в кінцевому стані. На малюнку 1.9 показана схема парової турбіни
1-вал; 2-робочі колеса; 3-направляющbt лопатки
Рис 1.26 - Багатоступенева осьова турбіна
Ротор турбіни складається з вала 1, на якому закріплені робочі колеса 2 лопатками. Між лопаток вінцями робочих коліс розташовані нерухомі напрямні лопатки 3. Пар на лопатки подається за допомогою направляючого апарату, в якому пар розширюється і набуває велику швидкість.
Потім робоче тіло, проходячи по вигнутих робочим лопаток, змінює напрямок руху і віддає частину своєї кінетичної енергії, яка йде на обертання робочого колеса. Направляючий апарат і робоче колесо утворюють щабель турбіни.
Залежно від умов роботи і призначення розрізняють наступні типи парових турбін:
1) Конденсаційна - в яких пар розширюється до глибокого вакууму (кПа), що створюється в конденсаційному пристрої;
2) Турбіни двох тисків, коли крім свіжого пара в проміжну сходинку подається відпрацьований пар молотів, пресів, приводів, насосів тощо;
3) Турбіни із протитиском, коли відпрацьований пар турбіни відводиться із залишковим тиском і використовується для побутових і виробничих потреб.
- Які речовини використовуються як робоче тіло в теплових машинах?
- Якими параметрами характеризується робоче тіло?
- Чим відрізняються ідеальні гази від реальних?
- Як формулюється перший закон термодинаміки і яке його математичний вираз?
- Що таке ентальпія речовини і в чому вона вимірюється?
- У скільки разів ізобарна теплоємність більше ізохорно для двох атомного газу?
- Як змінюється ентропія робочого тіла в необоротних процесах?
- Як формулюється другий закон термодинаміки?
- Чому дорівнює робота газу в Ізохоричний процесі?
- Як зміниться щільність газу в изобарном процесі, якщо її абсолютна температура підвищиться в два рази?
- Чому дорівнює робота, виконана газом в ізотермічному процесі, якщо до газу підведена теплота Q?
- З яких термодинамічних процесів складається цикл Карно і чому дорівнює його термічний д?
- Який з циклів ДВС дає найбільший ККД?
- За якими критеріями оцінюють ККД двигуна внутрішнього згоряння?
- Що таке ступінь сухості пара?
Тести для самостійної роботи